JP4018447B2

JP4018447B2 - Light emitting element

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Publication number: JP4018447B2
Application number: JP2002143443A
Authority: JP
Inventors: 学古郡; 伸二郎岡田; 明坪山; 隆雄滝口; 聖志三浦; 孝志森山; 淳鎌谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: JP2003068461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機化合物を用いた発光素子に関するものであり、さらに詳しくは電流促進材料を発光層内にドープすることによる、輝度・効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、高速応答性や高効率の発光素子として、応用研究が精力的に行われている。その基本的な構成を図１（ａ）・（ｂ）に示した［例えばＭａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．１２５，１〜４８（１９９７）参照］。
【０００３】
図１に示したように、一般に有機ＥＬ素子は透明基板１５上に透明電極１４と金属電極１１の間に複数層の有機膜層から構成される。
【０００４】
図１（ａ）では、有機層が発光層１２とホール輸送層１３からなる。透明電極１４としては、仕事関数が大きなＩＴＯなどが用いられ、透明電極１４からホール輸送層１３への良好なホール注入特性を持たせている。金属電極１１としては、アルミニウム、マグネシウムあるいはそれらを用いた合金などの仕事関数の小さな金属材料を用い有機層への良好な電子注入性を持たせる。これら電極には、５０〜２００ｎｍの膜厚が用いられる。
【０００５】
発光層１２には、電子輸送性と発光特性を有するアルミキノリノール錯体など（代表例は、化１に示すＡｌｑ３）が用いられる。また、ホール輸送層１３には、例えばビフェニルジアミン誘導体（代表例は、化１に示すα−ＮＰＤ）など電子供与性を有する材料が用いられる。
【０００６】
以上の構成をした素子は整流性を示し、金属電極１１を陰極に透明電極１４を陽極になるように電界を印加すると、金属電極１１から電子が発光層１２に注入され、透明電極１５からはホールが注入される。
【０００７】
注入されたホールと電子は発光層１２内で再結合により励起子が生じ発光する。この時ホール輸送層１３は電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層１２／ホール輸送層１３界面の再結合効率が上がり、発光効率が上がる。
【０００８】
さらに、図１（ｂ）では、図１（ａ）の金属電極１１と発光層１２の間に、電子輸送層１６が設けられている。発光と電子・ホール輸送を分離して、より効果的なキャリアブロッキング構成にすることで、効率的な発光を行うことができる。電子輸送層１６としては、例えば、オキサジアゾール誘導体などを用いることができる。
【０００９】
これまで、一般に有機ＥＬ素子に用いられている発光は、発光中心の分子の一重項励起子から基底状態になるときの蛍光が取り出されている。一方、一重項励起子を経由した蛍光発光を利用するのでなく、三重項励起子を経由したりん光発光を利用する素子の検討がなされている。発表されている代表的な文献は、文献１：Ｉｍｐｒｏｖｅｄｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔｄｅｖｉｃｅ（Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎら、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ７４，Ｎｏ３ｐ４２２（１９９９））、文献２：Ｖｅｒｙｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇｒｅｅｎｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｂａｓｄｏｎｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏら、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ７５，Ｎｏ１ｐ４（１９９９））である。
【００１０】
これらの文献では、図１（ｃ）に示す有機層の４層構成が主に用いられている。それは、陽極側からホール輸送層１３、発光層１２、励起子拡散防止層１７、電子輸送層１６からなる。用いられている材料は、化１に示すキャリア輸送材料とりん光発光性材料である。各材料の略称は以下の通りである。
Ａｌｑ３：アルミ−キノリノール錯体
α−ＮＰＤ：Ｎ４，Ｎ４’−Ｄｉ−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ−Ｎ４，Ｎ４’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ
ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ
ＢＣＰ：２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ
ＰｔＯＥＰ：白金−オクタエチルポルフィリン錯体
Ｉｒ（ｐｐｙ）₃：イリジウム−フェニルピリジン錯体
【００１１】
【化１】

【００１２】
文献１，２とも高効率が得られたのは、ホール輸送層１３にα−ＮＰＤ、電子輸送層１６にＡｌｑ３、励起子拡散防止層１７にＢＣＰ、発光層１２にＣＢＰをホスト材料として、６％程度の濃度で、りん光発光性材料であるＰｔＯＥＰまたはＩｒ（ｐｐｙ）₃を混入して構成したものである。
【００１３】
りん光性発光材料が特に注目されている理由は、原理的に高発光効率が期待できるからである。その理由は、キャリア再結合により生成される励起子は１重項励起子と３重項励起子からなり、その確率は１：３である。これまでの有機ＥＬ素子は、１重項励起子から基底状態に遷移する際の蛍光を発光として取り出していたが、原理的にその発光収率は生成された励起子数に対して、２５％でありこれが原理的上限であった。しかし、３重項から発生する励起子からのりん光を用いれば、原理的に少なくとも３倍の収率が期待され、さらに、エネルギー的に高い１重項からの３重項への項間交差による転移を考え合わせれば、原理的には４倍の１００％の発光収率が期待できる。
【００１４】
他に、三重項からの発光を要した文献には、特開平１１−３２９７３９号公報（有機ＥＬ素子及びその製造方法）、特開平１１−２５６１４８号公報（発光材料およびこれを用いた有機ＥＬ素子）、特開平８−３１９４８２号公報（有機エレクトロルミネッセント素子）等がある。
【００１５】
更に、「三重項素子の材料的側面」佐藤佳晴（応用物理学会、有機分子・バイオエレクトロニクス分科会、第９回講習会、次世代有機ＥＬへの挑戦）には、発光層が２種類の発光材料とホストからなる構成が記載されている。この構成は２種類の発光材料間のエネルギー移動を利用して、短波長の発光材料（緑発光）から長波長の発光材料（黄色または赤発光）にエネルギーを移動させて、長波長の発光材料のみを発光させるような構成である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記、燐光発光を用いた有機ＥＬ素子では、低電圧で電子・正孔のバランスを保ちながら、低い電圧でより多くのキャリアを発光層に注入することが高輝度化・高効率化に重要な問題となる。しかし、上記りん光材料の中には電荷注入性・輸送性が低く低電圧で多くの電流を流すことが困難なものもある。
【００１７】
そこで、本発明は、燐光発光を用いた有機ＥＬ素子においても、低電圧駆動を可能にし、高輝度化・高効率化を可能にする発光素子及び表示装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題に対し、本発明者らが鋭意検討した結果、本発明を考案するに至った。
【００１９】
即ち、本発明の発光素子は、陽極および陰極と、該陽極および陰極間に挟持された有機発光層を有する発光素子であって、前記有機発光層が、ホスト材料と発光材料と電流促進材料を含み、且つ前記電流促進材料と前記発光材料との発光スペクトルのピークの差が３０ｎｍ以下であり、前記電流促進材料のバンドギャップが前記発光材料のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【００２２】
本発明の発光素子においては、発光材料、電流促進材料の少なくとも一方が燐光発光材料であることが好ましい。
【００２３】
また、前記ホスト材料がホール輸送性材料であるときは、前記電流促進材料が電子輸送性材料であることが好ましい。その反対に、ホスト材料が電子輸送性材料であるときは、上記電流促進材料はホール輸送性材料であることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子は、陽極および陰極と、陽極および陰極間に挟持された有機発光層を有する発光素子である。発光素子の層構成としては特に限定されず、図１に示す様な構成が挙げられる。
【００２５】
本発明の発光素子は、有機発光層が発光材料と電流促進材料からなることを特徴とするが、電流促進材料により、キャリアの注入やキャリアの移動がおこりにくい発光層、例えば、燐光発光材料を用いた発光層等においても、電流を増加させ、駆動電圧の低下・高効率化を図ることができる。
【００２６】
本発明における電流促進材料とは、有機発光層以外の構成が同様の有機エレクトロルミネッセンス素子において、有機発光層に用いる材料が、発光材料のみの素子と、発光材料および電流促進材料からなる素子とを比較して、後者のほうが同等の電圧を印加した際により多くの電流が流れることが認められるような材料とする。
【００２７】
電流促進材料としては特に限定されないが、発光性材料であって、その発光量子収率が発光材料よりも低いものが好ましい。このような電流促進材料を用いることで、発光材料が主たる発光となり、発光性材料である電流促進材料からの発光を発光材料よりも少なくすることができる。
【００２８】
この際、電流促進材料と発光材料との発光スペクトルのピークの差を３０ｎｍ以下とすれば、発光材料および電流促進材料の双方が発光した場合でも、発光材料のみが発光したものと比べ色純度の変化が少なく、発光材料および電流促進材料の双方が発光しても影響が少ない素子が作製できる。また、電流促進材料から発光材料にエネルギー転移が起こるような場合でも、エネルギー差が少ないためエネルギー転移が起こりやすい構成となる。
【００２９】
発光材料が赤発光の場合において、発光材料と電流促進材料との発光強度比を１０：１とすると、シミュレーションの結果からスペクトルピークの差が３０ｎｍ以下ならばＣＩＥ座標が大きく変化しないことが確かめられている。よって、色純度の高い発光を得るという観点からは発光材料と電流促進材料の発光スペクトルピークの差が３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
また、電流促進材料のバンドギャップを、発光材料のバンドギャップよりも大きくすることにより、正孔と電子が電流促進材料上よりも発光材料上で再結合を起こしやすくなり、主として発光材料からの発光を得ることができる。
【００３１】
本発明においては、発光材料と電流促進材料の割合を、有機発光層厚み方向に変化させることにより、発光層内の電子および正孔の分布をコントロールすることができ、発光層内の電子−正孔の再結合位置を調整することが容易になり、結果として発光色のよい、高効率の素子を作成することができる。
【００３２】
発光層に用いるホスト材料としては、例えばＣＢＰ、ＴＡＺ等、電流促進材料としては、例えば化合物Ａ、ＣＢＰ、Ｉｒ錯体Ａ等、発光材料としては、例えばＩｒ錯体Ｂ，Ｉｒ（ｐｐｙ）、Ｉｒ錯体Ｃ等を用いることができる。
【００３３】
化１に示したもの以外の構造は、以下の通りである。
【００３４】
【化２】

【００３５】
本発明の高効率な発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。また、プリンターの光源としては、現在広く用いられているレーザビームプリンタのレーザー光源部を、本発明の発光素子に置き換えることができる。独立にアドレスできる素子をアレイ上に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、画像形成する。本発明の素子を用いることで、装置体積を大幅に減少することができる。照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。
【００３６】
【実施例】
本実施例に用いた素子作成工程の共通部分を説明する。
【００３７】
本実施例では、素子構成として、図１（ｃ）に示す有機層が４層の素子を使用した。ガラス基板（透明基板１５）上に１００ｎｍのＩＴＯ（透明電極１４）をパターニングした。そのＩＴＯ基板上に、以下の有機層と電極層を１０^-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜した。
ホール輸送層１３（４０ｎｍ）：α−ＮＰＤ
発光層１２（４０ｎｍ）：ホスト材料＋所定の電流促進材料＋所定の発光材料
励起子拡散防止層１７（１０ｎｍ）ＢＣＰ
電子輸送層１６（３０ｎｍ）：Ａｌｑ３
金属電極層１（１５ｎｍ）：ＡｌＬｉ合金（Ｌｉ含有量１．８重量％）
金属電極層２（１００ｎｍ）：Ａｌ
対向する電極面積が３ｍｍ²になるようにパターニングした。
【００３８】
＜実施例１、比較例１＞
発光層のホスト材料としてホール輸送性のＣＢＰを用い、発光材料としてＩｒ錯体Ｂを７重量％、化合物Ａを電流促進材料として３重量％の濃度で発光層にドープして素子を作製した（実施例１）。化合物Ａをドープしない以外は、実施例１と同様にして、素子を作製した（比較例１）。
【００３９】
これらの素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１から、比較例１に比べて、実施例１の素子は電流・輝度が共に上昇し、電流促進材料の効果が確認された。また、実施例１と比較例１の発光スペクトルはほぼ同じで、Ｉｒ錯体Ｂからの発光のみが観測された。
【００４２】
＜実施例２、比較例２＞
発光層のホストとして電子輸送性材料のＴＡＺを用い、発光材料としてＩｒ錯体Ｂを７重量％、ＣＢＰを電流促進材料として１０重量％の濃度で発光層にドープして素子を作製した（実施例２）。ＣＢＰをドープしない以外は、実施例２と同様にして、素子を作製した（比較例２）。
【００４３】
これらの素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
表２から、比較例２に比べて、実施例２の素子は電流・輝度が共に上昇し、電流促進材料の効果が確認された。また、実施例２と比較例２の発光スペクトルはほぼ同じで、Ｉｒ錯体Ｂからの発光のみが観測された。
【００４６】
＜実施例３、比較例３＞
ＣＢＰを発光層のホストとして用い、Ｉｒ錯体Ａを電流促進材料として３重量％、発光材料としてＩｒ錯体Ｃを７重量％の濃度で発光層にドープして素子を作製した（実施例３）。Ｉｒ錯体Ａをドープしない以外は、実施例３と同様にして、素子を作製した（比較例３）。
【００４７】
これらの素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】

【００４９】
電流促進材料として、Ｉｒ錯体Ａを加えた実施例３は、電流・輝度共に上昇した。発光スペクトルはＩｒ錯体Ｃの発光の他にＩｒ錯体Ａからの発光も現れた。Ｉｒ錯体Ｃは６２０ｎｍがピークの発光スペクトルを持ち、Ｉｒ錯体Ａは６１０ｎｍをピークとする発光スペクトルである。発光スペクトルのピークの差が３０ｎｍ以下であるため、ＣＩＥ座標では大きな変化はなかった。
【００５０】
＜実施例４＞
ＣＢＰを発光層のホストとして用い、発光層４０ｎｍのうちホール輸送層側の１０ｎｍにＩｒ錯体Ａを電流促進材料として３重量％、発光材料としてＩｒ錯体Ｃを７重量％の濃度で発光層にドープして、残りの３０ｎｍにはＩｒ錯体Ｃのみを７重量％の濃度でドープして素子を作製した。
【００５１】
この素子と、比較例３の素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を比較した結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】

【００５３】
表４から比較例３に比べて、実施例４の素子は電流・輝度が共に上昇し、発光層の１部に電流促進材料をドープした場合でも電流・輝度の増加作用があることが確認された。
【００５４】
実施例３と実施例４を比較すると、実施例４の発光スペクトルは実施例３に比べて、Ｉｒ錯体Ａからの発光が弱くなり、Ｉｒ錯体Ｃからの発光の比率が高くなった。これは電流促進材料によって、正孔の注入が容易になり、電子−正孔の再結合および発光はＩｒ錯体Ｃで主に起こるためである。
【００５５】
＜実施例５、比較例１＞
ＣＢＰを発光層のホストとして用い、発光材料としてＩｒ錯体Ｂを７重量％、電流促進材料として下記構造式で表されるＰＢＤを３重量％の濃度で発光層にドープして素子を作製した（実施例５）。
【００５６】
ＰＢＤをドープしない以外は、実施例５と同様にして、素子を作製した（比較例１と同じ）。
（ＰＢＤの構造式）
【００５７】
【化３】

【００５８】
これらの素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】

【００６０】
表５から、比較例１に比べて、実施例５の素子は電流・輝度が共に上昇し、電流促進材料の効果が確認された。また、実施例５と比較例１の発光スペクトルはほぼ同じで、Ｉｒ錯体Ｂからの発光のみが観測された。
【００６１】
この場合ホスト材料のＣＢＰはホール輸送性が強く、電子輸送性の材料であるＰＢＤなどをドープすることが、素子電流増大にとって効果的である。
【００６２】
その他本発明に用いられる電流促進材料としては、電子輸送性の材料として、下記構造式を有するＰｙＳＰｙなどを用いることが可能であるが、これらに限定されるものではない。
（ＰｙＳＰｙの構造式）
【００６３】
【化４】

【００６４】
＜実施例６、比較例２＞
ＴＡＺを発光層のホストとして用い、発光材料としてＩｒ錯体Ｂを７重量％、電流促進材料として下記構造式で表されるＮＰＤを３重量％の濃度で発光層にドープして素子を作製した（実施例６）。
【００６５】
ＮＰＤをドープしない以外は、実施例６と同様にして、素子を作製した。この構成は比較例２と同様である。
（ＮＰＤの構造式）
【００６６】
【化５】

【００６７】
これらの素子に１０Ｖの直流電圧を印加して、そのときの電流及び輝度を測定した結果を表６に示す。
【００６８】
【表６】

【００６９】
比較例２に比べて、実施例６の素子は電流・輝度が共に上昇し、電流促進材料の効果が確認された。また、実施例６と比較例２の発光スペクトルはほぼ同じで、Ｉｒ錯体Ｂからの発光のみが観測された。
【００７０】
この場合、ホスト材料のＴＡＺは電子輸送性材料であるために、ドーパントしてはホール輸送性のＮＰＤなどが素子電流を増加させるのに適している。
【００７１】
その他本発明の電流促進材料としては、ホール輸送性の材料として、下記構造式を有するｍ−ＭＴＤＡＴＡなどを用いることが可能であるが、これに限るものではない。
（ｍ−ＭＴＤＡＴＡの化学構造式）
【００７２】
【化６】

【００７３】
以上の実施例では、ホスト材料を用いる場合を説明したが、本発明においてはホスト材料を含まない場合においても同様な効果を示す。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、素子に流れる電流量を増加させることによって、低電圧駆動を可能にし、輝度や効率の向上することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１金属電極
１２発光層
１３ホール輸送層
１４透明電極
１５透明基板
１６電子輸送層
１７励起子拡散防止層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting element using an organic compound, and more particularly to an organic electroluminescent element (organic EL element) having high luminance and efficiency by doping a current promoting material in a light emitting layer. .
[0002]
[Prior art]
Organic EL devices have been intensively studied for application as light-emitting devices with high-speed response and high efficiency. The basic structure is shown in FIGS. 1A and 1B [for example, Macromol. Symp. 125, 1-48 (1997)].
[0003]
As shown in FIG. 1, the organic EL element is generally composed of a plurality of organic film layers on a transparent substrate 15 between a transparent electrode 14 and a metal electrode 11.
[0004]
In FIG. 1A, the organic layer is composed of a light emitting layer 12 and a hole transport layer 13. As the transparent electrode 14, ITO or the like having a large work function is used, and good hole injection characteristics from the transparent electrode 14 to the hole transport layer 13 are given. As the metal electrode 11, a metal material having a small work function such as aluminum, magnesium, or an alloy using them is used to give a good electron injection property to the organic layer. A thickness of 50 to 200 nm is used for these electrodes.
[0005]
For the light emitting layer 12, an aluminum quinolinol complex having electron transporting properties and light emitting properties (a typical example is Alq3 shown in Chemical Formula 1) is used. For the hole transport layer 13, a material having an electron donating property such as a biphenyldiamine derivative (a typical example is α-NPD shown in Chemical Formula 1) is used.
[0006]
The element having the above structure exhibits rectifying properties. When an electric field is applied so that the metal electrode 11 serves as a cathode and the transparent electrode 14 serves as an anode, electrons are injected from the metal electrode 11 into the light-emitting layer 12. Holes are injected.
[0007]
The injected holes and electrons emit light by recombination in the light emitting layer 12 due to recombination. At this time, the hole transport layer 13 serves as an electron blocking layer, and the recombination efficiency at the interface of the light emitting layer 12 / hole transport layer 13 is increased, and the light emission efficiency is increased.
[0008]
Furthermore, in FIG.1 (b), the electron carrying layer 16 is provided between the metal electrode 11 and the light emitting layer 12 of Fig.1 (a). Efficient light emission can be performed by separating light emission and electron / hole transport to achieve a more effective carrier blocking configuration. As the electron transport layer 16, for example, an oxadiazole derivative or the like can be used.
[0009]
Until now, the light emitted from the singlet exciton of the molecule at the emission center has been extracted from the light emission generally used in the organic EL element. On the other hand, an element that utilizes phosphorescence emission via triplet excitons rather than using fluorescence emission via singlet excitons has been studied. Representative published literature, the literature 1: Improvedenergytransferinelectrophosphorescentdevice (D.F.O'Brien et al, AppliedPhysicsLettersVol74, No3p422 (1999)), Document 2: Veryhigh-efficiencygreenorganiclight-emittingdevicesbasdonelectrophosphorescence (M.A.Baldo et al, AppliedPhysicsLettersVol75, No1p4 (1999)).
[0010]
In these documents, the four-layer structure of the organic layer shown in FIG. 1 (c) is mainly used. It consists of a hole transport layer 13, a light emitting layer 12, an exciton diffusion preventing layer 17 and an electron transport layer 16 from the anode side. The materials used are the carrier transport material and phosphorescent material shown in Chemical formula 1. Abbreviations for each material are as follows.
Alq3: Aluminum-quinolinol complex α-NPD: N4, N4′-Di-naphthalen-1-yl-N4, N4′-diphenyl-biphenyl-4, 4′-diamine
CBP: 4,4′-N, N′-dicarbazole-biphenyl
BCP: 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline
PtOEP: Platinum-octaethylporphyrin complex Ir (ppy) ₃ : Iridium-phenylpyridine complex
[Chemical 1]

[0012]
High efficiency was obtained in both Literatures 1 and 2 with α-NPD as the hole transport layer 13, Alq3 as the electron transport layer 16, BCP as the exciton diffusion preventing layer 17, and CBP as the light emitting layer 12 as host materials. The phosphorescent material is mixed with PtOEP or Ir (ppy) ₃ at a concentration of about%.
[0013]
The reason why phosphorescent light-emitting materials are particularly attracting attention is that high luminous efficiency can be expected in principle. The reason is that excitons generated by carrier recombination are composed of singlet excitons and triplet excitons, and the probability is 1: 3. Until now, the organic EL element has taken out fluorescence upon transition from the singlet exciton to the ground state as luminescence, but in principle, the luminescence yield is 25% of the number of excitons generated. This was the theoretical upper limit. However, if phosphorescence from excitons generated from triplets is used, a yield of at least three times is expected in principle, and further, the intersystem crossing from triplets to singlets with high energy is performed. In light of the transition caused by the above, in principle, a light emission yield of 100%, which is 4 times, can be expected.
[0014]
Other documents requiring light emission from the triplet include Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-329739 (organic EL element and manufacturing method thereof), Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-256148 (light emitting material and organic EL element using the same). ), JP-A-8-319482 (organic electroluminescent element), and the like.
[0015]
Furthermore, "Material aspect of triplet element" Yoshiharu Sato (Applied Physics Society, Organic Molecular and Bioelectronics Subcommittee, 9th Seminar, Challenge to Next Generation Organic EL) has two types of light emitting layers. A configuration comprising a light emitting material and a host is described. This configuration uses energy transfer between two types of luminescent materials to transfer energy from a short wavelength luminescent material (green luminescence) to a long wavelength luminescent material (yellow or red luminescence) to produce a long wavelength luminescent material. Only the light is emitted.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the organic EL device using phosphorescence emission, it is important for high luminance and high efficiency to inject more carriers into the light emitting layer at a low voltage while maintaining a balance between electrons and holes at a low voltage. It becomes a problem. However, some of the phosphorescent materials have a low charge injection property and transportability, making it difficult to pass a large amount of current at a low voltage.
[0017]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting element and a display device that can be driven at a low voltage and can achieve high luminance and high efficiency even in an organic EL element using phosphorescence emission.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies by the present inventors on the above problems, the present invention has been devised.
[0019]
That is, the light emitting device of the present invention is a light emitting device having an anode and a cathode, and an organic light emitting layer sandwiched between the anode and the cathode, and the organic light emitting layer comprises a host material, a light emitting material, and a current promoting material. And the difference in peak of the emission spectrum between the current promoting material and the light emitting material is 30 nm or less, and the band gap of the current promoting material is larger than the band gap of the light emitting material .
[0022]
In the light emitting device of the present invention, it is preferable that at least one of the light emitting material and the current promoting material is a phosphorescent light emitting material.
[0023]
Further, when the host material is a hole transporting material, it is preferable that the current-promoting material is an electron transporting material. On the other hand, when the host material is an electron transporting material, the current promoting material is preferably a hole transporting material.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The light emitting device of the present invention is a light emitting device having an anode and a cathode, and an organic light emitting layer sandwiched between the anode and the cathode. The layer structure of the light emitting element is not particularly limited, and a structure as shown in FIG.
[0025]
The light-emitting element of the present invention is characterized in that the organic light-emitting layer is composed of a light-emitting material and a current promoting material. However, a light-emitting layer, for example, a phosphorescent light-emitting material that hardly causes carrier injection or carrier movement due to the current promoting material. Also in the light emitting layer used, the current can be increased, and the drive voltage can be lowered and the efficiency can be improved.
[0026]
In the present invention, the current promoting material is an organic electroluminescence device having the same configuration other than the organic light emitting layer, and the material used for the organic light emitting layer is a device composed only of a light emitting material, and a device composed of a light emitting material and a current promoting material. In comparison, the latter is made of a material that allows more current to flow when an equivalent voltage is applied.
[0027]
The current promoting material is not particularly limited, but is preferably a light emitting material having a light emitting quantum yield lower than that of the light emitting material. By using such a current promoting material, the light emitting material mainly emits light, and light emission from the current promoting material, which is a light emitting material, can be reduced compared to the light emitting material.
[0028]
At this time, if the difference in peak of the emission spectrum between the current promoting material and the light emitting material is 30 nm or less, even when both the light emitting material and the current promoting material emit light, the color purity is higher than that of the light emitting material alone. An element with little influence can be manufactured even if both the light emitting material and the current promoting material emit light. Even when energy transfer occurs from the current promoting material to the light emitting material, the energy transfer is likely to occur because the energy difference is small.
[0029]
When the light emitting material emits red light and the light emission intensity ratio between the light emitting material and the current promoting material is 10: 1, it is confirmed from the simulation results that the CIE coordinates do not change significantly if the difference in spectral peak is 30 nm or less. ing. Therefore, from the viewpoint of obtaining light emission with high color purity, the difference in emission spectrum peak between the light emitting material and the current promoting material is preferably 30 nm or less.
[0030]
Also, by making the band gap of the current promoting material larger than the band gap of the light emitting material, holes and electrons are more likely to recombine on the light emitting material than on the current promoting material, and light emission mainly from the light emitting material. Can be obtained.
[0031]
In the present invention, by changing the ratio of the light emitting material and the current promoting material in the thickness direction of the organic light emitting layer, the distribution of electrons and holes in the light emitting layer can be controlled. It becomes easy to adjust the recombination position of the holes, and as a result, a highly efficient element with good emission color can be created.
[0032]
Examples of the host material used for the light emitting layer include CBP and TAZ. Examples of the current promoting material include compound A, CBP, and Ir complex A. Examples of the light emitting material include Ir complex B, Ir (ppy), and Ir complex C. Etc. can be used.
[0033]
Structures other than those shown in Chemical Formula 1 are as follows.
[0034]
[Chemical 2]

[0035]
The highly efficient light-emitting element of the present invention can be applied to products that require energy saving and high luminance. Application examples include light sources for display devices / illuminators and printers, backlights for liquid crystal display devices, and the like. As a display device, energy saving, high visibility, and a lightweight flat panel display are possible. In addition, as a light source of a printer, a laser light source unit of a laser beam printer that is widely used at present can be replaced with the light emitting element of the present invention. Elements that can be independently addressed are arranged on the array, and an image is formed by performing desired exposure on the photosensitive drum. By using the element of the present invention, the volume of the apparatus can be greatly reduced. With respect to the lighting device and the backlight, the energy saving effect according to the present invention can be expected.
[0036]
【Example】
The common part of the element creation process used in this example will be described.
[0037]
In this example, an element having four organic layers as shown in FIG. 1C was used as the element structure. 100 nm ITO (transparent electrode 14) was patterned on a glass substrate (transparent substrate 15). On the ITO substrate, the following organic layer and electrode layer were vacuum-deposited by resistance heating in a vacuum chamber of 10 ⁻⁴ Pa to form a continuous film.
Hole transport layer 13 (40 nm): α-NPD
Light emitting layer 12 (40 nm): host material + predetermined current promoting material + predetermined light emitting material exciton diffusion preventing layer 17 (10 nm) BCP
Electron transport layer 16 (30 nm): Alq3
Metal electrode layer 1 (15 nm): AlLi alloy (Li content 1.8 wt%)
Metal electrode layer 2 (100 nm): Al
Patterning was performed so that the opposing electrode area was 3 mm ² .
[0038]
<Example 1, comparative example 1>
A device was fabricated by using hole transportable CBP as the host material of the light emitting layer, doping the light emitting layer with a concentration of 7% by weight of Ir complex B as the light emitting material and 3% by weight of compound A as a current promoting material (implementation). Example 1). A device was produced in the same manner as in Example 1 except that Compound A was not doped (Comparative Example 1).
[0039]
Table 1 shows the results of applying a DC voltage of 10 V to these elements and measuring the current and luminance at that time.
[0040]
[Table 1]

[0041]
From Table 1, compared with Comparative Example 1, both the current and luminance of the device of Example 1 increased, and the effect of the current promoting material was confirmed. The emission spectra of Example 1 and Comparative Example 1 were almost the same, and only emission from Ir complex B was observed.
[0042]
<Example 2, comparative example 2>
An element was fabricated by using TAZ as an electron transporting material host as a light emitting layer, doping the light emitting layer with a concentration of 7 wt% Ir complex B as a light emitting material and 10 wt% as a current promoting material (Example) 2). A device was fabricated in the same manner as in Example 2 except that CBP was not doped (Comparative Example 2).
[0043]
Table 2 shows the results of applying a DC voltage of 10 V to these elements and measuring the current and luminance at that time.
[0044]
[Table 2]

[0045]
From Table 2, as compared with Comparative Example 2, both the current and luminance of the device of Example 2 increased, and the effect of the current promoting material was confirmed. The emission spectra of Example 2 and Comparative Example 2 were almost the same, and only emission from Ir complex B was observed.
[0046]
<Example 3, Comparative Example 3>
Using CBP as the host of the light emitting layer, Ir complex A was doped into the light emitting layer at a concentration of 3% by weight as the current promoting material and Ir complex C as the light emitting material at a concentration of 7% by weight to produce a device (Example 3). A device was produced in the same manner as in Example 3 except that Ir complex A was not doped (Comparative Example 3).
[0047]
Table 3 shows the results of applying a DC voltage of 10 V to these elements and measuring the current and luminance at that time.
[0048]
[Table 3]

[0049]
In Example 3 in which Ir complex A was added as a current promoting material, both current and luminance increased. In the emission spectrum, the emission from the Ir complex A appeared in addition to the emission from the Ir complex C. Ir complex C has an emission spectrum with a peak at 620 nm, and Ir complex A has an emission spectrum with a peak at 610 nm. Since the difference in peak of the emission spectrum was 30 nm or less, there was no significant change in the CIE coordinates.
[0050]
<Example 4>
CBP is used as a host of the light emitting layer, and the light emitting layer is doped with 10 wt% Ir complex A as a current promoting material and Ir complex C as a light emitting material at a concentration of 7 wt% in 10 nm on the side of the hole transport layer. The remaining 30 nm was doped with only Ir complex C at a concentration of 7% by weight to produce a device.
[0051]
Table 4 shows the results of comparison of current and luminance when a DC voltage of 10 V was applied to this element and the element of Comparative Example 3.
[0052]
[Table 4]

[0053]
From Table 4, it is confirmed that the current / luminance of the device of Example 4 is higher than that of Comparative Example 3, and that the current / luminance is increased even when a part of the light emitting layer is doped with a current promoting material. It was.
[0054]
Comparing Example 3 and Example 4, in the emission spectrum of Example 4, the emission from Ir complex A was weaker and the ratio of the emission from Ir complex C was higher than in Example 3. This is because hole injection is facilitated by the current promoting material, and electron-hole recombination and light emission mainly occur in the Ir complex C.
[0055]
<Example 5, Comparative Example 1>
Using CBP as a host of the light emitting layer, 7 wt% of Ir complex B was used as the light emitting material, and PBD represented by the following structural formula was doped into the light emitting layer as a current promoting material at a concentration of 3 wt% to prepare a device ( Example 5).
[0056]
A device was fabricated in the same manner as in Example 5 except that PBD was not doped (same as Comparative Example 1).
(Structural formula of PBD)
[0057]
[Chemical 3]

[0058]
Table 5 shows the results of applying a DC voltage of 10 V to these elements and measuring the current and luminance at that time.
[0059]
[Table 5]

[0060]
From Table 5, as compared with Comparative Example 1, both the current and luminance of the device of Example 5 increased, and the effect of the current promoting material was confirmed. Further, the emission spectra of Example 5 and Comparative Example 1 were almost the same, and only emission from the Ir complex B was observed.
[0061]
In this case, CBP as a host material has a strong hole transport property, and doping with PBD or the like as an electron transport material is effective for increasing the device current.
[0062]
In addition, as the current promoting material used in the present invention, it is possible to use PySPy having the following structural formula as an electron transporting material, but is not limited thereto.
(Structural formula of PySPy)
[0063]
[Formula 4]

[0064]
<Example 6, Comparative Example 2>
Using TAZ as a host for the light emitting layer, 7 wt% of Ir complex B as a light emitting material and 3 wt% of NPD represented by the following structural formula as a current promoting material were doped into the light emitting layer to produce a device ( Example 6).
[0065]
A device was fabricated in the same manner as in Example 6 except that NPD was not doped. This configuration is the same as in Comparative Example 2.
(NPD structural formula)
[0066]
[Chemical formula 5]

[0067]
Table 6 shows the results of applying a DC voltage of 10 V to these elements and measuring the current and luminance at that time.
[0068]
[Table 6]

[0069]
Compared with Comparative Example 2, the device of Example 6 increased in both current and luminance, confirming the effect of the current promoting material. The emission spectra of Example 6 and Comparative Example 2 were almost the same, and only emission from Ir complex B was observed.
[0070]
In this case, since TAZ as the host material is an electron transporting material, a hole transporting NPD or the like is suitable for increasing the device current as a dopant.
[0071]
In addition, as the current promoting material of the present invention, m-MTDATA having the following structural formula can be used as the hole transporting material, but it is not limited thereto.
(Chemical structural formula of m-MTDATA)
[0072]
[Chemical 6]

[0073]
In the above embodiment, the case where the host material is used has been described. However, in the present invention, the same effect is exhibited even when the host material is not included.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by increasing the amount of current flowing through the element, low voltage driving is possible, and luminance and efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a light emitting element of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Metal electrode 12 Light emitting layer 13 Hole transport layer 14 Transparent electrode 15 Transparent substrate 16 Electron transport layer 17 Exciton diffusion prevention layer

Claims

A light emitting device having an anode and a cathode, and an organic light emitting layer sandwiched between the anode and the cathode, wherein the organic light emitting layer includes a host material, a light emitting material, and a current promoting material, and the current promoting material and the above A light-emitting element , wherein a difference in peak of an emission spectrum from a light-emitting material is 30 nm or less, and a band gap of the current promoting material is larger than a band gap of the light-emitting material .

The light emitting device according to claim 1 , wherein at least one of the light emitting material and the current promoting material is a phosphorescent light emitting material.

The host material is a hole transporting material, light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the current-promoting material is an electron transporting material.

The host material is an electron transporting material, light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the current promotion material characterized in that it is a hole transporting material.